Защита склонов и оврагов от эрозии

Содержание: 

Введение…………………………………………………………….……………..3

Определение класса капитальности сооружения и  объёма поверхностного стока………………………………………………………………………………..4

Гидравлический  расчёт водосбросного сооружения………………………...…6

Фильтрационный  расчёт водозадерживающего вала…………………………11

Статистический  расчёт водозадерживающего вала по схеме  плоского    сдвига……………………………………………………………………………..14

Расчёт  объёма работ……………………………………………………………..16

Крепление ковша за рисбермой………………………………………………...17

Литература……………………………………………………………………….18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Эрозия  – это разрушение почвы струями  и потоками талых, дождевых, ливневых вод или ветром. Она ведет к  смыву и размыву почвы и  служит причиной развития оврагов.

     В системе противоэрозионных мероприятий, особенно в начальной стадии их реализации, важное место принадлежит гидротехническим сооружениям. Они делятся на несколько  видов:

• сооружения на водосборной площади;
• сооружения головные овражные;
• сооружения русловые и донные.

     Вал широкого профиля представляет собой  земляное сооружение, задерживающее  поверхностный сток, и относится  к сооружениям на водосборной  площади.

     Земляные  сооружения прочны по конструкции, позволяют  максимально механизировать строительные работы, не требуют специальных материалов, быстро приостанавливают эрозионные процессы, улучшают водный режим склонов и тем самым способствуют получению высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

     Водозадерживающие валы устраивают обязательно с водовыпусками. Если длина вала превышает 100 метров, то необходимо через 50 – 100 метров возводить  перемычки. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Определение класса капитальности сооружения и объёма поверхностного стока

 

Высоту  сооружении рассчитываем по формуле:

      Н = Н₁ + а,

где  Н₁ – глубина воды у водозадерживающего вала, м;

      а – превышение отметки гребня водозадерживающего вала над уровнем воды в прудке (с учётом волнения воды в прудке принимается постоянным и равным 1,0 м).

      Н = 2,3 + 1= 3,3 м.

      Согласно  СНиП 11-53-73, по высоте сооружения и грунту основания, принимаем IV класс капитальности  сооружения.

      При проектировании противоэрозионных сооружений учитываем сток от снеготаяния и ливней, в расчёт принимаем больший по величине.

      Объём ливневого стока:

      W_л=10∙F∙k_x∙x,

где F – площадь водосборной территории, га;

      k_л – коэффициент стока ливневых паводков;

      х – толщина слоя выпавших осадков  за один расчётный ливень, можно  принять х =  4∙S;

      S – сила дождя (характеризует  интенсивность ливня данного  района заданной обеспеченности).

      F = 124,75

      k_л = 0,8 га

      х = 120 мм/мин

     S = 4∙30=120

      W_л=120∙124,75∙0,8∙=11976 м³

      Величину  поверхностного стока вод с промышленных территорий определяем по формуле:

      W_лу=2,5∙Н_т∙k_c∙k_вн,

где Н_т  - слой осадков за тёплый период, мм;

      k_c – коэффициент, учитывающий объём стока дождевых вод в зависимости от интенсивности;

      k_вн – коэффициент, учитывающий интенсивность формирования дождевого стока.

      Н_т = 470 мм

     k_c = 0,82

     k_вн = 0,48

     W_лу = 2,5∙470∙0,82∙0,48 = 462,48 м³

     Величину  стока талых вод определяем по формуле:

     W_т=10∙F∙h,

где F – площадь водосбора, км² (приложение 1);

      h – слой весеннего стока расчётной обеспеченности, мм

      h = h₁∙k_p;

      h₁ – средний слой весеннего стока для данного района, мм;

      k – коэффициент стока, зависящий от коэффициента вариации C_v

      С учётом понижающего коэффициента К.П, Воскресенского

      W_т = 10∙p∙h₁∙k_p∙F

      h₁ = 20 мм

      p = 0,7

      k_p = 1,67

      F = 124,75 га

      W_т = 10∙0,7∙124,75∙1,67∙20 = 29166 м³.

      Величину  поверхностного  стока вод с  промышленных территорий определяем по формуле:

      W_ту = H_x∙k_т∙k′_p,

где Н_х – слой осадков за холодный период, мм;

      k_т – коэффициент, учитывающий объём стока талых вод;

      k′_p – коэффициент, учитывающий вывоз снега с территории.

      W_ту = 10∙0,235∙0,47 = 1,1 м³

      В расчёт принимаем W_мах= W_т= 29166 м³_. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Гидравлический  расчёт водосбросного  сооружения

 

     Размеры водозадерживающего вала:

     Ширину  по гребню при условии устройства вала широкого профиля принимаем  равной 4м.

     Заложение откосов принимаем:

• для верхнего m_в = 2,0
• для низового m_h = 1

1. Определяем расчётный расход Q.

Весь  объём вод должен быть сброшен за 2 часа.

Таким образом получаем расчётный расход:

, м³/с;

м³/с

2. Определяем площадь отверстия водовыпуска.

В качестве расчётного случая принимаем невыгодное сочетание условий, т.е.:

прудок  наполнен на высоту Н₁ = 2,3 м;

напор над центром отверстия принимаем  Н = Н₁.

Тогда .

Первоначально коэффициент расхода  принимаем равным: 

 –  отверстие принимаем прямоугольной  формы

м²

 

3. Уточняем расход по водовыпуску

 

           
 
 
 

,

где   - коэффициент сопротивления на входе, выходе и по длине водовыпуска;

       - гидравлический радиус;

      С – коэффициент Шези;

      n – коэффициент шероховатости (n = 0,014).

      Уточняем  расход:

      ,

где Н₀ – гидродинамический напор над центром водовыпускного отверстия Н₀=Н₁, м.  
     =0,376

          L_вып=11,6 м.

=0,022

=60,68 
 

    м³/с.

4. Считаем удельный расход на 1 п.м. на выходе:

q = /b

q = 6,22/1,205 = 5,16 м²/с

5. Определяем критическую глубину и скорость:

 
 

=1,48 
 

6. Находим глубину  в сжатом сечении

 
 

p = 0 
 

Уравнение решаем методом последовательных приближений. 
 

     Для расчёта в первом приближении  принимаем  под корнем равную нулю: 
 
 
 
 

     h_c принимаем равной 1,13.

7. Находим вторую сопряжённую глубину

 
 

     Т.к. , то необходимо запроектировать водобойную стенку:

     - толщина водобойных плит 

     - высота водобойной стенки  

      

     - длина водобойного колодца  

           

8. За водобойной стенкой мы предусматриваем рисберму.

     Угол  растекания потока при выходе из отверстия водовыпуска принимаем равным .

     Длину рисбермы определяем как:

   L_p= 8 h_кр

   L_p = 81,48 = 11,84 м,

     Скорость  на выходе с рисбермы: 
 
 
 

     м/с

     Т.к. м/с м/с, необходимо запроектировать ковш.

   h_к===2,28 м

     Рисберма  сопрягается с дном ковша откосом 1:3, такое же сопряжение и при входе  в водоспуск. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Фильтрационный  расчёт водозадерживающего вала

 

     В качестве противофильтрационного устройства применяем глиняный экран. Толщину  глиняного экрана принимаем:

     - по верху 

     - по низу  

      Введём  допущения:

      - экран фильтрационный заменяем  эквивалентным слоем грунта с  коэффициентом фильтрации k_t;

      - передний наклонный откос заменяем  вертикальным.

      Эквивалентный слой грунта:

      , м

      , м

        м

        м 

где  Т – глубина залегания водоупора (Т=∞)

      Т_расч = 0,5∙l₀

      l₀ – длина основания (17,8 м)

     Т_расч = 0,5∙17,8 = 8,9 м